Розрахунок похибки каналу для вимірювання температури

Таблиця 2.2–Технічні параметри

 
 

     У всіх вище переглянутих контурах використовується крім датчиків також і блоки живлення і показуючі і реєструючі пристрої. Розглянемо технічні характеристики вибраних пристроїв.

2.5 Вибір вторинних приладів для ІВК

Блок живлення БП КАРАТ-22(чотирьохканальний).

Блоки живлення БП Карат-22 здійснюють перетворення напруги 220 змінного струму в стабілізовану напругу постійного струму 36 В (24 В) .

Технічні характеристики:

• Кількість каналів 1,2,4,8
• Канали гальванічно розв'язані
• Захист від короткого замикання і перевантажень по кожному каналу
• Світлодіодна індикація включення по кожному каналу
• Вихідні напруги 24 или 36 В
• Клас стабілізації - 0,2
• Живлення (220 ) В, (50±1) Гц
• Споживана потужність, ВА:  15 - для одноканального виконання; 26 - для двохканального виконання; 32 - для чотирьохканального виконання; 60 - для восьмиканального виконання.

Показуючий і реєструючий пристрій РМТ – 39,  -49

Призначення :вимірювання  і реєстрування  активного опору , сили і напруження постійного струму, а також інших неелектричних величин ,які перетворені у вказані вище сигнали.

Таблиця 1.6 – Технічні дані пристрою РМТ – 39, –49

• Час одного виміру 0.6 с.
• Час індикації одного каналу в циклічному режимі опитування каналів від 2 до 100 с.
• Живлення 220 В, 50 Гц
• Спожита потужність  - не більше 15 ВА
• Одиниці вимірювання в залежності від вимірюваного параметра :

     - рівномірні шкали:

       рівень (м , см, мм )

       абсолютний  тиск ( МПа, кПа, Па)

       витрата ( кг/с, кг/год, т/год, м³/год, м³/хв, м³/с)

       другі параметри (мА, В, %)

     - нерівномірні шкали:

       витрата (кг/год, т/год, м³/год)

       другі параметри (Па, %) 
 
 
 
 
 

 

   3 МЕТРОЛОГІЧНИЙ АНАЛІЗ ІНФОРМАЦІЙНО-ВИМІРЮВАЛЬНИХ КАНАЛІВ

   ІВК є орієнтовані на конкретний об’єкт, тому при вирішенні завдань метрологічного аналізу необхідно розглядати і  ІВК і об’єкт в сукупності тому, що ІВК сприймає і вимірює фізичні  параметри полів, пов’язаних з об’єктом. Як правило, зростає роль вирішення зворотніх задач при оцінці параметрів об’єкта.

   При розробці вимірювальних каналів  необхідно враховувати похибки  всіх його складових.

         У склад ІВК входять: датчики, перетворювачі (АЦП), пристрій відображення інформації. Найбільшу похибку у вимірювальний канал вносить первинний вимірювальний перетворювач, тому основна похибка ІВК буде визначатися в основному похибками датчиків.

         Похибки складових  вимірювальних каналів:

1. похибка термоперетворювача електричного e_t=1.5%;
2. похибка показуючого і реєструючого пристрою e_пп= 1%;
3. похибка давача тиску e_p=0.5%;
4. похибка блоку живлення (БП КАРАТ-22) e_БП=1 %;
5. похибка масового витратоміра e_m=0.2 %.

   Наведемо  приклад розрахунку результуючої похибки  системи контролю з довільним  значенням довірчої ймовірності  за допомогою ентропійного коефіцієнта.

         Перевагою такого методу розрахунку результуючих похибок вимірювальних каналів є те, що він дає уявлення про закон розподілу цих похибок і дозволяє визначити оцінку довірчої ймовірності, а відповідно і інтервал невизначеності. 

   3.1 Розрахунок похибки каналу для  вимірювання температури

   Канал для вимірювання температури  складається з трьох наступних вузлів – давача температури (термоперетворювача електричного), показуючого і реєструючого пристрою, блоку живлення. При розрахунку результуючої похибки каналу перш за все кожній із складових похибки слід приписати відповідний закон розподілу, знайти середньоквадратичне відхилення (СКВ) і розділити похибки на адитивні і мультиплікативні.

         Похибка термоперетворювача електричного нормована по паспорту максимальним значенням g_t = 1.5%. Для того, щоб від цього значення перейти до СКВ, необхідно знати вид закону розподілу похибки.

Похибка термоперетворювача електричного є мультиплікативною  і розподіленою за нормальним законом. Задаємо значення ймовірності рівне 0.98 і по таблиці нормального розподілу знаходимо, що ймовірності Р = 0.98 відповідають границі в ±2.3s. Звідси шукане s_t = 1.5/2.3 = 0.652%, а параметри закону розподілу (таблиця3.1) k = 2.066, e = 3, c =0.577 
 
 

     
 

   Рисунок 3 .1 – Нормальний закон розподілу похибки термоперетворювача електричного.

Таблиця 3 .1 –  Параметри розподілів

 
 

    Похибка блоку  невідповідності напруги живлення БП КАРАТ-22  g_БП – 1% є адитивною і розподілена за трикутним законом розподілу, оскільки не залежить від величини вимірюваного сигналу. Середнє квадратичне відхилення для трикутного розподілу , тому Параметри трикутного розподілу (Сімпсона): k =2.02, e = 2.4, c= 0.65. 
 
 
 
 

   Рисунок 3.2 – Трикутний закон розподілу похибки блоку живлення

   Похибка показуючого і реєструючого пристрою як і похибка блоку живлення, є адитивною, а закон розподілу будемо вважати рівномірним з шириною ±1. Тоді СКВ цієї похибки , тоді . Параметри рівномірного розподілу: k = 1.73; e = 1.8 і c = 0.745. 

     
 
 

   Рисунок 3.3 – Рівномірний закон розподілу  похибка показуючого і реєструючого пристрою

   Сумування похибок. Визначення похибки в функції від зміни значення самої вимірюваної величини проводиться шляхом розподілу всіх складових похибки, які сумуються на адитивні і мультиплікативні. Далі отримуємо суму адитивних складових, яка дає значення адитивної частини результуючої похибки, а сума мультиплікативних складових – мультиплікативну складову.

   Для усунення впливу деформації форми законів  розподілу при сумуванні похибки  всі складові, що сумуються, представляються  своїми СКВ. У результаті сумування  СКВ вихідних складових отримують  СКВ, відповідно адитивної і мультиплікативної  складових результуючої похибки.

   Розрахунок  результуючої похибки зводиться  до обчислення похибки, яка включає  в себе всі складові.

   Вибір методу сумування (додавати алгебраїчно  чи геометрично) залежить від того, чи є корельованими або незалежними  похибки, які ми сумуємо. Доцільно одразу виділити корельовані похибки і виконати їх алгебраїчне сумування. Корельованими називають ті похибки, які викликані однією і тією ж спільною причиною, а тому мають однакову форму закону розподілу, яка залишається тією самою і для їх алгебраїчної суми.

   Для алгебраїчного сумування корельованих похибок необхідно встановити їх знак. Після врахування кореляційних зв’язків всі отримані похибки можна  сумувати як незалежні.